[go: up one dir, main page]

RU2697439C2 - Ceramic rupture domed membrane for pressure control - Google Patents

Ceramic rupture domed membrane for pressure control Download PDF

Info

Publication number
RU2697439C2
RU2697439C2 RU2017111796A RU2017111796A RU2697439C2 RU 2697439 C2 RU2697439 C2 RU 2697439C2 RU 2017111796 A RU2017111796 A RU 2017111796A RU 2017111796 A RU2017111796 A RU 2017111796A RU 2697439 C2 RU2697439 C2 RU 2697439C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dome
shaped membrane
bursting
pressure
domed
Prior art date
Application number
RU2017111796A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017111796A3 (en
RU2017111796A (en
Inventor
Конрад ПЕТРОВСКИ
Original Assignee
Армор Тулз Интернэшнл Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Армор Тулз Интернэшнл Инк. filed Critical Армор Тулз Интернэшнл Инк.
Publication of RU2017111796A3 publication Critical patent/RU2017111796A3/ru
Publication of RU2017111796A publication Critical patent/RU2017111796A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2697439C2 publication Critical patent/RU2697439C2/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B34/00Valve arrangements for boreholes or wells
    • E21B34/06Valve arrangements for boreholes or wells in wells
    • E21B34/063Valve or closure with destructible element, e.g. frangible disc
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/12Packers; Plugs
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/12Packers; Plugs
    • E21B33/1208Packers; Plugs characterised by the construction of the sealing or packing means
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/13Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
    • E21B33/134Bridging plugs
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B34/00Valve arrangements for boreholes or wells
    • E21B34/06Valve arrangements for boreholes or wells in wells
    • E21B34/10Valve arrangements for boreholes or wells in wells operated by control fluid supplied from outside the borehole
    • E21B34/101Valve arrangements for boreholes or wells in wells operated by control fluid supplied from outside the borehole with means for equalizing fluid pressure above and below the valve
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/02Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
    • F16K17/14Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member
    • F16K17/16Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member with fracturing diaphragm ; Rupture discs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/02Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
    • F16K17/14Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member
    • F16K17/16Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member with fracturing diaphragm ; Rupture discs
    • F16K17/1606Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member with fracturing diaphragm ; Rupture discs of the reverse-buckling-type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/02Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
    • F16K17/14Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member
    • F16K17/16Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member with fracturing diaphragm ; Rupture discs
    • F16K17/162Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member with fracturing diaphragm ; Rupture discs of the non reverse-buckling-type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pipe Accessories (AREA)
  • Safety Valves (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Pressure Vessels And Lids Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: soil or rock drilling; mining.SUBSTANCE: disclosed is a single-use pipeline shutter actuated by pressure, selectively withstanding fluid pressure from one side of the device until remote release of the gate, wherein the device is a fragile dome-shaped membrane configured to withstand pressure of fluids on one side, but rupture after applying a higher pressure on its other side, which provides a mechanism for isolation of well fluid medium under high pressure in part of well during operations for period of time, selected by operator, and then removes insulation by remote destruction of breaking dome-shaped membrane by means of application of additional pressure of fluid medium or other forces from surface. Frangible dome-shaped membrane has elements in at least one surface for direction and control of its destruction to provide fragments of controlled sizes and shapes and predicted opening for creation of pipe with minimum obstacles after destruction.EFFECT: technical result is to increase the efficiency of the device.11 cl, 4 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЯFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение, в общем, относится к срабатывающему под действием давления клапану или затвору однократного применения, избирательно выдерживающему давление текучей среды с одной стороны устройства, до дистанционного удаления затвора. Указанное получают, выполняя устройство в виде ломкой куполообразной мембраны, которая может выдерживать высокое давление с одной стороны, но должна разрываться под действием высокого давления с другой своей стороны. Разрывная куполообразная мембрана обеспечивает механизм для изоляции скважинной текучей среды под высоким давлением на начальном этапе работ в бурильной колонне в скважине на период времени, который может выбрать бурильщик или оператор, и для удаления затем изоляции при разрушении разрывной куполообразной мембраны дистанционно, с помощью приложения дополнительного давления текучей среды или других сил с поверхности.The present invention, in General, relates to a pressure-activated valve or a single-use valve, selectively withstanding the pressure of the fluid on one side of the device, until the valve is removed remotely. The specified receive, performing the device in the form of a brittle dome-shaped membrane, which can withstand high pressure on the one hand, but must be torn under the action of high pressure on its other side. The bursting dome-shaped membrane provides a mechanism for isolating the borehole fluid under high pressure at the initial stage of work in the drill string in the borehole for a period of time that the driller or operator can select, and then remove the insulation when the bursting-domed membrane is destroyed remotely by applying additional pressure fluid or other forces from the surface.

Данные операции являются полезными в направленных, горизонтальных или наклонно-направленных скважинах во время спускоподъемных операций под давлением, извлечения мостовых пробок или операции разобщения зон в комбинации с пакерами и/или колоннами заканчивания. Куполообразная мембрана данного устройства обеспечивает изоляцию давления для операций, проводимых по вертикали и не по вертикали, при этом открытие можно проводить без тросовой линии, и может применяться в соединении с другим оборудованием, таким как узлы компоновки, которые включают в себя посадку элементов для извлечения или других функций.These operations are useful in directional, horizontal or directional wells during tripping under pressure, extraction of bridge plugs or zone separation operations in combination with packers and / or completion columns. The dome-shaped membrane of this device provides pressure isolation for operations carried out vertically and not vertically, while opening can be carried out without a cable line, and can be used in conjunction with other equipment, such as assembly units, which include fit elements for extraction or other functions.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

В операциях ремонта, заканчивания или техобслуживания в наклонно-направленной скважине в некоторых случаях важно иметь возможность уплотнения колонны насосно-компрессорных труб для изоляции эксплуатационной или другой работающей под избыточным давлением зоны ствола скважины.In repair, completion, or maintenance operations in a directional well, in some cases it is important to be able to seal the tubing string to isolate the wellbore or other overpressure zone of the wellbore.

В прошлом применяли концевые пробки для насосно-компрессорной трубы во время спуска под давлением насосно-компрессорной трубы в такую скважину, пробки обычно представляли собой металлический или алюминиевый диск, прикрепляемый к низу колонны насосно-компрессорных труб для спуска под давлением, и затем выполняли удаление металлического диска из колонны насосно-компрессорных труб на забое или вблизи дна забоя скважины. Пример можно найти в патенте US 244,042, Farrar (1881). Здесь имеется нежелательный эффект оставления металла на дне забоя ствола скважины, который трудно или дорого удалять и который может мешать дальнейшему бурению или другим работам. Данные устройства только спускали в скважину снизу колонны насосно-компрессорных труб.In the past, end plugs were used for a tubing during the descent of a tubing into a borehole under pressure, the plugs were usually a metal or aluminum disk attached to the bottom of the tubing string for pressure drainage, and then metal was removed a disk from the tubing string at the bottom or near the bottom of the bottom of the well. An example can be found in US patent 244,042, Farrar (1881). There is an undesirable effect of leaving metal at the bottom of the bottom of the wellbore, which is difficult or expensive to remove and which may interfere with further drilling or other work. These devices were only lowered into the well from below the tubing string.

Другим механизмом, который можно видеть в некоторых случаях, является применение ниппеля Otis®, состоящего из многочисленных профилей для приема различных закупоривающих устройств, подаваемых в скважину на вспомогательном канате. Данные механизмы обеспечивают одну пробку, и хотя дают возможность откупоривания и повторного закупоривания, ограничены возможностями механизм подачи пробки, то есть, возможны трудности при извлечении канатных пробок из стволов глубоких наклонно-направленных или горизонтальных скважин, и может отсутствовать возможность их спуска под давлением и перестановки при не вертикальной ориентации. Дополнительно, если установка такой пробки не удается во время проведения работ, канатная пробка может становиться разрушительным снарядом, и две канатные пробки не могут быть установлены или могут быть установлены с трудом в процессе или для проведения работ. Аналогично, многопрофильные посадочные ниппели для приема различных пробок производятся под торговой Baker®.Another mechanism that can be seen in some cases is the use of the Otis® nipple, which consists of numerous profiles for receiving various plugging devices fed into the well on an auxiliary cable. These mechanisms provide one plug, and although they make it possible to uncork and re-plug, the plug feeding mechanism is limited, that is, difficulties may arise in removing the plug plugs from the shafts of deep directional or horizontal wells, and it may not be possible to lower them under pressure and relocate at not vertical orientation. Additionally, if the installation of such a cork fails during the work, the cable cork can become a destructive projectile, and two cable corks cannot be installed or can be installed with difficulty in the process or for work. Similarly, multi-profile landing nipples for receiving various plugs are manufactured under the Baker® trade.

Разрывные куполообразной мембраны применяют в сходных ситуациях в скважине. Например, система, обеспечивающая ʺЛомкое уплотнение, работающее под давлениемʺ раскрыта в канадской патентной заявке 2,228,728, Frazier (CAʹ728). В этом случае керамические оболочки с кольцевой посадочной поверхностью и радиальной кривизной предложены, как ломающиеся уплотнения, для включения в состав узла забойной компоновки. В CAʹ728, керамический диск выполнен правильной дугообразной формы (в сечении) для создания максимального сопротивления давлению. CAʹ728 выполнен с возможностью обеспечения прочного барьера давлению текучей среды, но с функциональной возможностью пробивания при оснащении ломающим средством, реализуемым в скважине (таким, как сбрасываемый по насосно-компрессорной трубе стержень). Данное конструктивное решение является неприемлемым, например, в наклонно-направленной или не вертикальной насосно-компрессорной трубе в стволе скважины, поскольку стержень или ломающее средство может терять способность перемещаться под действием только силы тяжести, если не вертикальный участок ствола скважины имеет большую протяженность, или если кривизна наклонно-направленного канала снижает скорость перемещения ломающего инструмента (или ударную силу). Дополнительно, в случае разрыва куполообразных мембран по ʹ728, полученный проход может иметь неправильную форму и дросселировать поток текучей среды в канале насосно-компрессорной трубы, проходящий через остатки куполообразной мембраны. Также, полученные фрагменты могут иметь неправильную форму или быть настолько крупными, что могут создавать помехи работе соединений, бурению или отрицательно влиять на другие скважинные характеристики или операции.Explosive dome-shaped membranes are used in similar situations in the well. For example, a system providing “Unbreakable Pressure Seals” is disclosed in Canadian Patent Application 2,228,728, Frazier (CA-728). In this case, ceramic shells with an annular seating surface and radial curvature are proposed as breaking seals for inclusion in the bottomhole assembly assembly. In CA-728, the ceramic disk is made in the correct arcuate shape (in cross section) to create maximum pressure resistance. CA-728 is configured to provide a strong barrier to fluid pressure, but with punching functionality when equipped with a fracturing agent implemented in a well (such as a rod discharged through a tubing). This design solution is unacceptable, for example, in an inclined or non-vertical tubing in the wellbore, since the rod or breaking tool may lose its ability to move under the action of gravity only, if the vertical section of the wellbore is not long, or if the curvature of the oblique channel reduces the speed of movement of the breaking tool (or impact force). Additionally, in the case of rupture of dome-shaped membranes at 728, the resulting passage may have an irregular shape and throttle the fluid flow in the channel of the tubing passing through the remains of the dome-shaped membrane. Also, the fragments obtained may have an irregular shape or be so large that they can interfere with the operation of the joints, drilling or adversely affect other borehole characteristics or operations.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Для минимизации некоторых проблем уровня техники разрывную куполообразную мембрану данного изобретения изготавливают из ломкого материала со специфической формой купола с умеренным изгибом и с включением элементов по меньшей мере в одной поверхности формы купола, которые направляют и регулируют фрагментацию куполообразной мембраны, когда он разрушается, так, что обломки разрывающейся куполообразной мембраны имеют контролируемый размер и форму, выполненные с возможностью предотвращения закупоривания или застревания в стволе скважины или любом связанным оборудовании. Ломкая куполообразная мембрана может быть выполнена из материала, такого как любая керамика, стекло, литой металл, растворимые вещества или любой подходящий материал, если они не дают реакции с отрицательными последствиями или не взаимодействуют, обуславливая повреждения скважины или связанного оборудования.To minimize some of the problems of the prior art, the bursting dome-shaped membrane of the present invention is made of a brittle material with a specific dome shape with moderate bending and including elements in at least one dome-shaped surface that direct and regulate the fragmentation of the dome-shaped membrane when it breaks, so that fragments of a bursting dome-shaped membrane have a controlled size and shape, made with the possibility of preventing clogging or stuck in the wellbore us or any related equipment. An unbreakable dome-shaped membrane can be made of a material such as any ceramic, glass, cast metal, soluble substances or any suitable material, if they do not react with negative consequences or do not interact, causing damage to the well or related equipment.

В варианте осуществления предложена разрывная куполообразная мембрана для использования в качестве разрушаемого уплотнения для трубопровода, образованного насосно-компрессорной трубой, выполненная из разрушаемого материала, которая включает в себя:In an embodiment, a bursting dome-shaped membrane for use as a destructible seal for a pipe formed by a tubing made of destructible material, which includes:

а. тело круглой формы с сечением куполообразной формы сbut. round-shaped body with a cross-section of a domed shape with

1. выпуклой стороной1. convex side

2. вогнутой стороной2. concave side

3. прикрепленным периферийным опорным кольцом для установке на уплотнении на внутренней стороне насосно-компрессорной трубы или фитинге на насосно-компрессорной трубе;3. attached peripheral support ring for installation on the seal on the inside of the tubing or fitting on the tubing;

b. одну сторону, имеющую совокупность элементов, выполненных в ее поверхности для направления разрушения разрывной куполообразной мембраны;b. one side having a combination of elements made in its surface for the direction of destruction of the bursting dome-shaped membrane;

с. участок тела, образованный между выпуклой стороной и вогнутой стороной, образующий разрушаемую часть, являющийся ломким, выполненный с возможностью выдерживания высокого давления текучей среды, приложенное к выпуклой стороне, и разрушения, когда давление текучей среды, приложенное к вогнутой стороне, превышает некоторое пороговое значение;with. a body portion formed between the convex side and the concave side, forming a destructible portion that is brittle, configured to withstand high pressure of the fluid applied to the convex side, and fracture when the pressure of the fluid applied to the concave side exceeds a certain threshold value;

d. при этом разрушаемая часть при разрушении в результате приложения давления к вогнутой стороне, превышающего пороговое значение, выполнена с возможностью разрушения на заданные фрагменты, образованные по меньшей мере, частично элементами, включенными в ее поверхность;d. wherein the destructible part upon destruction as a result of applying pressure to the concave side exceeding the threshold value is configured to break into predetermined fragments formed at least partially by elements included in its surface;

е. куполообразная мембрана может также разрушаться с применением механических или других сил.e. The domed membrane can also be destroyed using mechanical or other forces.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

На фиг. 1 показан общий вид сверху и сбоку разрывной куполообразной мембраны.In FIG. 1 shows a top and side view of a bursting dome-shaped membrane.

На фиг. 2 на виде сбоку разрывной куполообразной мембраны показан вариант осуществления конструкций канавки и упорного выступа.In FIG. 2, a side view of a bursting dome-shaped membrane shows an embodiment of groove and thrust protrusion designs.

На фиг. 3 и 3a показано сечение разрывной куполообразной мембраны фиг. 2 по линии A-A, на фиг. 3a представлена расширенная детальная иллюстрация варианта осуществления конструкций фрезерованной канавки, выполненной концевой сферической фрезой на верхней поверхности разрывной куполообразной мембраны.In FIG. 3 and 3a show a cross section of the bursting dome-shaped membrane of FIG. 2 along line A-A, in FIG. 3a is an expanded detailed illustration of an embodiment of a milled groove structure made by a spherical end mill on the upper surface of a bursting dome-shaped membrane.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Настоящее изобретение предлагает разрывную куполообразную мембрану 100 для использования в качестве разрушаемого уплотнения в узле компоновки (не показано). Разрывная куполообразная мембрана 100 выполнена с наружной периферией, кромка 10 которой вставляется с прилеганием в узел компоновки (не показано) и уплотняется к узлу компоновки, в результате герметизируется внутренний канал трубы текучей среды (не показано), такой как колонна насосно-компрессорных труб для использования в скважине. В общем, данное изобретение предназначено для нефтяной и газовой отрасли, а, более конкретно, для управления давлением при работах, связанных с нефтяными или газовыми скважинами, и, еще конкретнее, наклонно-направленными или не вертикальными скважинами.The present invention provides a bursting dome-shaped membrane 100 for use as a destructible seal in an assembly (not shown). The bursting dome-shaped membrane 100 is formed with an outer periphery, the edge 10 of which is inserted snugly into the assembly (not shown) and sealed to the assembly, thereby sealing the internal channel of the fluid pipe (not shown), such as a tubing string for use in the well. In General, this invention is intended for the oil and gas industry, and, more specifically, for pressure control during operations associated with oil or gas wells, and, more specifically, directional or non-vertical wells.

Разрывная куполообразная мембрана 100 выполнена из ломкого материала, такого как керамика. Она имеет куполообразную форму, с углубленной или вогнутой стороной 20 и выпуклой стороной 30. Изгиб вогнутой стороны 20 и выпуклой стороны 30 в варианте осуществления является одинаковым или эквивалентным, что делает толщину криволинейного тела 40 куполообразной мембраны относительно постоянной.The bursting dome-shaped membrane 100 is made of a brittle material, such as ceramic. It has a domed shape, with a recessed or concave side 20 and a convex side 30. The bending of the concave side 20 and the convex side 30 in the embodiment is the same or equivalent, which makes the thickness of the curved body 40 of the domed membrane relatively constant.

В зависимости от диаметра разрывной куполообразной мембраны 100 толщина и кривизна тела 40 куполообразной мембраны должна отличаться, вследствие выполнения с возможностью выдерживания давление текучей среды заданного диапазона с одной стороны (приложенного к выпуклой стороне 30) и разрушаться или разрываться при отличающемся, но заданном пороговом значении давления с другой стороны (приложенного к вогнутой стороне 20). Таким образом, может поддерживаться уплотнение, обеспеченное разрывной куполообразной мембраной 100 в узле компоновки, уплотненном к насосно-компрессорной трубе, изолирующее участок насосно-компрессорной трубы от остальной скважины, до приложения к вогнутой стороне 20 разрывной куполообразной мембраны 100 давления, которое выше проектного разрывного давления.Depending on the diameter of the bursting dome-shaped membrane 100, the thickness and curvature of the body 40 of the dome-shaped membrane must be different, due to the ability to withstand the pressure of the fluid in a given range on one side (applied to the convex side 30) and break or rupture at a different but predetermined threshold pressure value on the other hand (attached to the concave side 20). In this way, the seal provided by the bursting dome-shaped membrane 100 in the assembly assembly sealed to the tubing can be supported, isolating the tubing section from the rest of the well, until a pressure that is higher than the design bursting pressure is applied to the concave side 20 .

В предпочтительном варианте осуществления разрывная куполообразная мембрана выполнена с возможностью выдерживания 10000 фунт/кв.дюйм (69 МПа) с выпуклой стороны 30, несущей высокое давление без разрушения, но разрушения или разрыва когда давление на другой (вогнутой) стороне 20 превышает давление на другой (выпуклой) стороне 30 на 10-15% максимального давления, которое выпуклая сторона куполообразной мембраны может выдерживать. В одном варианте осуществления работающая под давлением куполообразная мембрана может выдерживать перепад давления где давление на выпуклый сторон является одинаковым с или на величину до 10000 фунт/кв.дюйм (69 МПа) больше давления на вогнутой стороне перед разрывом, но работающая под давлением куполообразная мембрана разработана такой, что может выдерживать перепад давления в случае, если давление на вогнутой стороне на 1500 фунт/кв.дюйм (10 МПа) больше давления на выпуклой стороне, но должна разрываться если указанный перепад давления превышает 1500 фунт/кв.дюйм (10 МПа) (данные цифры приведены, как пример, и являются аппроксимацией предпочтительного варианта осуществления). Это означает, что если работающая под давлением куполообразная мембрана находится в окружающей среде, герметизируя ствол скважины от пластового давления, составляющего 9000 фунт/кв.дюйм (62 МПа), куполообразная мембрана может быть разорвана при приложении давления текучей среды с оборудования на поверхности, составляющего 10501 фунт/кв.дюйм (70 МПа) или больше (перепад давления больше 1500 фунт/кв.дюйм (10 МПа) под управлением оператора. Аналогично, при опрессовке давлением на выпуклой стороне, составляющим 1000 фунт/кв.дюйм (7 МПа), куполообразная мембрана может быть разорвана при приложении 2501 фунт/кв.дюйм (17 МПа) или больше на вогнутую сторону (перепад больше 1500 фунт/кв.дюйм (10 МПа). Данные примеры показывают, как следует проектировать разрывной перепад давления таким, что имеется небольшой (приблизительно 10-25% от максимального давления, которое выпуклая сторона должна выдерживать) но значимый (такой что уменьшается вероятность случайного разрыва) перепад давления, которое может быть приложено на вогнутую сторону куполообразной мембраны для обеспечения ее разрыва в контролируемом режиме (с помощью регулирования давления текучей среды, приложенного на вогнутую сторону). Таким образом, разрывная куполообразная мембрана может быть преднамеренно разорвана при избирательном приложении давления с поверхности на вогнутую сторону 20 для обеспечения разрушения куполообразной мембраны, разрыва и разрушения ранее образованного уплотнения. Для обеспечения данной характеристической группы показателей работы керамическая разрывная куполообразная мембрана 100 с наружным диаметром 2 3/8ʺ (60 мм) должна иметь толщину стенки 40 куполообразной мембраны приблизительно 0,2575ʺ (7 мм), в которую канавки проходят на 0,075ʺ (2 мм), и линии 70, 90 элемента отформованы или прорезаны в стенке 40 куполообразной мембраны, если фрезеруются, например, то концевой сферической фрезой на 0,030ʺ (1 мм) до глубины около 0,075ʺ (2 мм).In a preferred embodiment, the bursting dome-shaped membrane is capable of withstanding 10,000 psi (69 MPa) from the convex side 30, bearing high pressure without fracture, but fracture or rupture when the pressure on the other (concave) side 20 exceeds the pressure on the other ( convex) side 30 to 10-15% of the maximum pressure that the convex side of the domed membrane can withstand. In one embodiment, the pressurized domed membrane can withstand a pressure drop where the pressure on the convex sides is the same as or up to 10,000 psi (69 MPa) greater than the pressure on the concave side before rupture, but the pressurized domed membrane is designed such that it can withstand a pressure drop if the pressure on the concave side is 1,500 psi (10 MPa) higher than the pressure on the convex side, but should burst if the specified pressure drop exceeds It is 1,500 psi (10 MPa) (these figures are given as an example and are an approximation of the preferred embodiment). This means that if a pressurized domed membrane is in the environment, sealing the wellbore from a reservoir pressure of 9,000 psi (62 MPa), the domed membrane can be burst when fluid pressure is applied from equipment on a surface that is 10,501 psi (70 MPa) or more (differential pressure greater than 1,500 psi (10 MPa) controlled by the operator. Similarly, pressure testing on the convex side of 1,000 psi (7 MPa) domed membrane the wound can be torn when applied 2501 psi (17 MPa) or more on the concave side (differential greater than 1500 psi (10 MPa). These examples show how to design a burst pressure drop so that there is a small (approximately 10-25% of the maximum pressure that the convex side must withstand) but significant (such that the probability of accidental rupture decreases) the pressure drop that can be applied to the concave side of the domed membrane to ensure its rupture in a controlled mode IU (using fluid pressure control applied to the concave side). Thus, the bursting dome-shaped membrane can be deliberately torn when the pressure is applied selectively from the surface to the concave side 20 to provide for the destruction of the domed membrane, rupture and destruction of the previously formed seal. To provide this characteristic group of performance indicators, a ceramic burst dome-shaped membrane 100 with an outer diameter of 2 3/8 ʺ (60 mm) should have a wall thickness of 40 dome-shaped membrane of approximately 0.2575ʺ (7 mm) into which grooves extend by 0.075ʺ (2 mm) , and lines 70, 90 of the element are molded or cut in the wall 40 of the domed membrane, if milled, for example, with an end spherical mill at 0.030ʺ (1 mm) to a depth of about 0.075ʺ (2 mm).

Для исключения при разрушении разрывной куполообразной мембраны образования опасных крупных нерегулярных фрагментов материала куполообразной мембраны, которые могут задерживаться в скважинном оборудовании или насосно-компрессорной трубе, закупоривать или повреждать их, особый профиль может быть выполнен на поверхности разрывной куполообразной мембраны 100 в предпочтительном варианте осуществления, профиль может быть выполнен в наружной поверхности выпуклой стороны 30. Профиль 50 может представлять собой симметричную решетку из элементов 60 в наружной поверхности выпуклой стороны 30, или может представлять собой любой подходящий профиль, и может быть выполнен на стадии литья или формования при изготовлении или станочной обработкой или прорезан или выполнен иначе. В варианте осуществления, элементы можно фрезеровать, применяя концевую сферическую фрезу на 0,030ʺ (0,8 мм) с радиусом 0,015ʺ (0,4 мм), или концевую сферическую фрезу на 0,020ʺ (0,5 мм) с радиусом 0,010ʺ (0,3 мм) в профиле решетки из квадратиков с линиями 70 элементов, отнесенными друг от друга приблизительно на 3/16 дюйма (5 мм).In order to prevent the formation of dangerous large irregular fragments of the material of the dome membrane, which may linger in the downhole equipment or tubing, clog or damage them, when a bursting domed membrane is destroyed, a special profile can be made on the surface of the bursting domed membrane 100 in a preferred embodiment, the profile can be made in the outer surface of the convex side 30. The profile 50 may be a symmetrical lattice of elem enty 60 in the outer surface of the convex side 30, or may be any suitable profile, and may be performed at the stage of casting or molding in the manufacture or machining or cut or otherwise made. In an embodiment, the elements can be milled using a 0.030ʺ (0.8 mm) end spherical cutter with a radius of 0.015ʺ (0.4 mm) or a 0.020ʺ (0.5 mm) end spherical cutter with a radius of 0.010ʺ ( 0.3 mm) in a square grid pattern with lines of 70 elements spaced approximately 3/16 inch (5 mm) apart.

Линии 70 элементов профиля а 50 в поверхности выпуклой стороны 30 разрывной куполообразной мембраны 100 имеют в предпочтительном варианте осуществления радиус 80 который, также является линией 90 элементов в той-же поверхности 30, причем радиус 80 приблизительно равен или немного меньше внутреннего диаметра узла компоновки (не показано). В предпочтительном варианте осуществления, для использования в колонне насосно-компрессорных труб с наружным диаметром 2 3/8ʺ (60 мм) с уплотнением с внутренним диаметром 2ʺ (51 мм), данный радиус 80 должен быть приблизительно равен 2ʺ (51 мм). Указанное обеспечивает при разрушении разрывной куполообразной мембраны сохранение чистого канала, образованного радиусом 80 линии 90 элемента, когда разрушенные части разрывной куполообразной мембраны разрушены и удалены от уплотнения, оставляя, по существу, проход без препятствий.Lines 70 of profile elements a 50 in the surface of the convex side 30 of the bursting dome-shaped membrane 100 have, in a preferred embodiment, a radius of 80 which is also a line of 90 elements in the same surface 30, the radius of 80 being approximately equal to or slightly smaller than the inner diameter of the assembly (not shown). In a preferred embodiment, for use in a tubing string with an outer diameter of 2 3 / 8ʺ (60 mm) with a seal with an inner diameter of 2ʺ (51 mm), this radius 80 should be approximately equal to 2ʺ (51 mm). Indicated provides for the destruction of the bursting dome-shaped membrane to maintain a clean channel formed by the radius 80 of the line 90 of the element, when the destroyed parts of the bursting dome-shaped membrane are destroyed and removed from the seal, leaving, essentially, the passage without obstacles.

Разрывная куполообразная мембрана 100 может иметь проходящую по наружной периферии стенку 95 для прикрепления к узлу компоновки (не показано).The bursting dome-shaped membrane 100 may have a wall 95 extending along the outer periphery for attachment to an assembly (not shown).

Вышеописанные варианты осуществления изобретения служат только примерами. Изменения, модификации и вариации специалисты в данной области техники могут реализовать для частных вариантов осуществления, не выходя за рамки объема изобретения, который определен только прилагаемой формулой изобретения.The above embodiments of the invention are only examples. Changes, modifications and variations, those skilled in the art can implement for particular embodiments, without departing from the scope of the invention, which is defined only by the attached claims.

Claims (21)

1. Разрывная куполообразная мембрана, выполненная с возможностью прикрепления к работающему трубопроводу, образованному колонной насосно-компрессорной трубы в скважине, причем разрывная куполообразная мембрана предназначена для использования в качестве разрушаемого уплотнения, выполненная из разрушаемого материала, содержащая:1. The bursting dome-shaped membrane made with the possibility of attaching to a working pipeline formed by the tubing string in the well, the bursting dome-shaped membrane is intended to be used as a destructible seal made of destructible material containing: i) монолитное тело круглой формы с сечением куполообразной формы сi) a monolithic body of circular shape with a cross section of a domed shape with а) выпуклой стороной;a) the convex side; b) вогнутой стороной;b) the concave side; c) прикрепленным периферийным опорным кольцом для установки на уплотнении на внутренней стороне колонны насосно-компрессорной трубы или фитинге на насосно-компрессорной трубе;c) an attached peripheral support ring for mounting on the seal on the inside of the tubing string or fitting on the tubing; ii) одну сторону куполообразной поверхности тела, имеющую совокупность элементов, выполненных в куполообразной поверхности для направления разрушения разрывной куполообразной мембраны;ii) one side of the domed surface of the body having a plurality of elements formed in the domed surface to direct the fracture of the bursting domed membrane; iii) участок тела, образованный между выпуклой стороной и вогнутой стороной, образующий разрушаемую часть, являющуюся ломкой, выполненный с возможностью выдерживания высокого давления текучей среды, приложенного к выпуклой стороне, и разрушения, когда давление текучей среды, приложенное от оборудования вблизи устья скважины на поверхности к вогнутой стороне, превышает пороговое значение;iii) a portion of the body formed between the convex side and the concave side, forming a breakable portion being brittle, capable of withstanding the high pressure of the fluid applied to the convex side, and fracture when the fluid pressure applied from the equipment near the wellhead on the surface to the concave side, exceeds the threshold value; iv) разрушаемую часть, выполненную с возможностью разрушения в результате непосредственного приложения давления непосредственно к вогнутой стороне, которое превышает пороговое значение, и выполненную с возможностью разрушения на заданные фрагменты, образованные по меньшей мере частично элементами, включенными в поверхность куполообразной мембраны.iv) a destructible portion made with the possibility of destruction as a result of direct application of pressure directly to the concave side, which exceeds the threshold value, and made with the possibility of destruction into predetermined fragments formed at least partially by elements included in the surface of the domed membrane. 2. Разрывная куполообразная мембрана по п. 1, которая выполнена из керамики.2. A bursting dome-shaped membrane according to claim 1, which is made of ceramic. 3. Разрывная куполообразная мембрана по п. 1, в которой совокупность элементов включает в себя по меньшей мере одно из:3. The bursting dome-shaped membrane according to claim 1, in which the set of elements includes at least one of: i) элемента с кольцевым профилем, с диаметром по существу одинаковым с внутренним диаметром насосно-компрессорной трубы;i) an element with an annular profile, with a diameter substantially the same as the inner diameter of the tubing; ii) ряда симметричных канавок в профиле, образующих размер фрагментов, на которые разрывная куполообразная мембрана должна разрушаться при разрыве;ii) a series of symmetrical grooves in the profile, forming the size of the fragments into which the discontinuous dome-shaped membrane should collapse upon rupture; iii) профиля из канавок, или включений, или гребней в поверхности куполообразной мембраны, содействующего разрыву куполообразной мембраны в определенных местах для образования заданных фрагментов обломков.iii) a profile of grooves, or inclusions, or ridges in the surface of the dome-shaped membrane, contributing to the rupture of the dome-shaped membrane in certain places for the formation of specified fragments of fragments. 4. Разрывная куполообразная мембрана по п. 1 с опорным кольцом, выполненным для сопряжения с фиксатором в колонне насосно-компрессорных труб так, что куполообразная мембрана может быть вставлена и уплотнена, разорвана, затем удалена и заменена, так что разрушаемое уплотнение, обеспечиваемое разрывной куполообразной мембраной, может быть легко повторено.4. The bursting dome-shaped membrane according to claim 1 with a support ring configured to interface with a retainer in the tubing string so that the dome-shaped membrane can be inserted and sealed, torn, then removed and replaced so that the breakable seal provided by the bursted-domed membrane can be easily repeated. 5. Разрывная куполообразная мембрана по п. 1, которая выполнена с возможностью выдерживания высокого давления текучей среды, приложенного к выпуклой стороне.5. A bursting dome-shaped membrane according to claim 1, which is configured to withstand high pressure fluid applied to the convex side. 6. Разрывная куполообразная мембрана по п. 5, которая выдерживает высокое давление текучей среды, составляющее приблизительно 10000 фунт/кв.дюйм.6. The bursting dome-shaped membrane according to claim 5, which withstands a high fluid pressure of approximately 10,000 psi. 7. Разрывная куполообразная мембрана по п. 1, выполненная с возможностью разрыва, когда давление текучей среды, приложенное к вогнутой стороне, превышает давление текучей среды на выпуклой стороне на перепад давления.7. The bursting dome-shaped membrane according to claim 1, configured to burst when the pressure of the fluid applied to the concave side exceeds the pressure of the fluid on the convex side by a pressure drop. 8. Разрывная куполообразная мембрана по п. 7, для которой перепад давления составляет 10-25% максимального давления, выдерживаемого выпуклой стороной.8. The bursting dome-shaped membrane according to claim 7, for which the pressure drop is 10-25% of the maximum pressure withstood by the convex side. 9. Разрывная куполообразная мембрана по п. 1, имеющая диаметр, пригодный для использования в насосно-компрессорной трубе с внутренним диаметром 2 3/8 дюйма.9. The bursting dome-shaped membrane according to claim 1, having a diameter suitable for use in a tubing with an inner diameter of 2 3/8 inches. 10. Разрывная куполообразная мембрана по п. 1, имеющая диаметр, пригодный для использования в насосно-компрессорной трубе с внутренним диаметром 2 7/8 дюйма.10. The bursting dome-shaped membrane according to claim 1, having a diameter suitable for use in a tubing with an inner diameter of 2 7/8 inches. 11. Разрывная куполообразная мембрана по п. 3, в которой симметричные канавки выполнены в виде сетчатого профиля.11. The bursting dome-shaped membrane according to claim 3, in which the symmetrical grooves are made in the form of a mesh profile.
RU2017111796A 2014-09-10 2015-09-10 Ceramic rupture domed membrane for pressure control RU2697439C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA2,863,603 2014-09-10
CA2863603A CA2863603C (en) 2014-09-10 2014-09-10 Dome ceramique de rupture pour regulation de pression
PCT/CA2015/050873 WO2016037281A1 (en) 2014-09-10 2015-09-10 Ceramic rupture dome for pressure control

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017111796A3 RU2017111796A3 (en) 2018-10-10
RU2017111796A RU2017111796A (en) 2018-10-10
RU2697439C2 true RU2697439C2 (en) 2019-08-14

Family

ID=52471861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017111796A RU2697439C2 (en) 2014-09-10 2015-09-10 Ceramic rupture domed membrane for pressure control

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP3191682B1 (en)
CN (1) CN107148509B (en)
AU (1) AU2015316141B2 (en)
CA (1) CA2863603C (en)
RU (1) RU2697439C2 (en)
WO (1) WO2016037281A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783578C1 (en) * 2021-10-04 2022-11-14 Александр Васильевич Николаев Membrane crimping valve, borehole layout and method for valve operation

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2863603C (en) * 2014-09-10 2015-11-03 Armor Tools International Inc. Dome ceramique de rupture pour regulation de pression
US10683728B2 (en) * 2017-06-27 2020-06-16 Innovex Downhole Solutions, Inc. Float sub with pressure-frangible plug
US11396952B2 (en) * 2017-10-12 2022-07-26 Bs&B Innovations Limited Rupture disk
US20190331243A1 (en) * 2018-04-27 2019-10-31 Coorstek, Inc. Destructible sealing disk and methods associated therewith
GB2600846B (en) * 2019-09-05 2023-03-15 Halliburton Energy Services Inc A downhole barrier device having a barrier housing and an integrally formed rupture section
CN112878948A (en) * 2021-03-23 2021-06-01 广汉华圣石油装备有限公司 Rupture disk
US12031408B2 (en) * 2021-05-26 2024-07-09 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Rupture disk, method and system
CA3153162A1 (en) 2022-03-18 2023-08-11 Torsch Inc. Barrier member

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010068329A1 (en) * 2008-12-10 2010-06-17 Continental Disc Corporation Machining score lines in a rupture disc using laser machining
WO2011041456A1 (en) * 2009-09-30 2011-04-07 John Tomasko Rupture disk
RU2492318C2 (en) * 2010-09-08 2013-09-10 Везерфорд/Лэм, Инк. Method and device to treat borehole with fluid medium (versions)
US20140083716A1 (en) * 2010-05-19 2014-03-27 W. Lynn Frazier Isolation tool
CA2819681A1 (en) * 2013-02-05 2014-08-05 Ncs Oilfield Services Canada Inc. Casing float tool

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2218539C1 (en) * 2002-03-11 2003-12-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения" Destructible cover of launching tube
US6959828B2 (en) * 2003-11-13 2005-11-01 Fike Corporation Non-fragmenting pressure relief apparatus
US7017767B2 (en) * 2003-11-13 2006-03-28 Fike Corporation Non-fragmenting pressure relief apparatus
US8038024B2 (en) * 2005-01-14 2011-10-18 Fike Corporation Holder with V-knife blade for bi-directional rupture disc assembly
US8333212B2 (en) * 2008-06-04 2012-12-18 Fike Corporation Rupture disc with machined line of opening
EP2776664A4 (en) * 2011-11-07 2016-10-05 Oklahoma Safety Equipment Company Inc Pressure relief device, system, and method
CA2863603C (en) * 2014-09-10 2015-11-03 Armor Tools International Inc. Dome ceramique de rupture pour regulation de pression

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010068329A1 (en) * 2008-12-10 2010-06-17 Continental Disc Corporation Machining score lines in a rupture disc using laser machining
WO2011041456A1 (en) * 2009-09-30 2011-04-07 John Tomasko Rupture disk
US20140083716A1 (en) * 2010-05-19 2014-03-27 W. Lynn Frazier Isolation tool
RU2492318C2 (en) * 2010-09-08 2013-09-10 Везерфорд/Лэм, Инк. Method and device to treat borehole with fluid medium (versions)
CA2819681A1 (en) * 2013-02-05 2014-08-05 Ncs Oilfield Services Canada Inc. Casing float tool

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783578C1 (en) * 2021-10-04 2022-11-14 Александр Васильевич Николаев Membrane crimping valve, borehole layout and method for valve operation

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016037281A1 (en) 2016-03-17
CN107148509B (en) 2020-02-21
AU2015316141B2 (en) 2018-11-08
AU2015316141A1 (en) 2016-12-22
CA2863603C (en) 2015-11-03
CN107148509A (en) 2017-09-08
RU2017111796A3 (en) 2018-10-10
RU2017111796A (en) 2018-10-10
CA2863603A1 (en) 2015-01-26
EP3191682A1 (en) 2017-07-19
EP3191682B1 (en) 2019-10-16
EP3191682A4 (en) 2018-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2697439C2 (en) Ceramic rupture domed membrane for pressure control
US11697968B2 (en) Casing float tool
CA2944297C (en) Tubular airlock assembly
US10316979B2 (en) Ceramic rupture dome for pressure control
US7513311B2 (en) Temporary well zone isolation
US9291031B2 (en) Isolation tool
CA2711323C (en) Isolation tool with rupturable disc
US10995583B1 (en) Buoyancy assist tool with debris barrier
US20150068730A1 (en) Breaking of frangible isolation elements
US11346171B2 (en) Downhole apparatus
US11230905B2 (en) Buoyancy assist tool with waffle debris barrier
CN217106938U (en) Bridge plug assembly